专利名称：一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料及其制备方法。
背景技术：
航天技术的飞速发展，要求航天器系统能够经得住空间的各种辐照环境，因此，对空间辐射防护材料的研究具有日益重要的意义。传统的辐射防护材料以铝为主，由于铝经过质子或重离子辐照后会产生二次中子，生物学数据研究表明，中子的出现极大地危害着宇航员的健康，甚至导致癌症。研究表明，由于低原子序数的材料(含氢量高的材料)单位体积内含有少量的中子，经过辐照后产生更少的二次中子，因此，含氢量高的材料具有最好的辐射防护效果。聚乙烯分子中含有一个碳原子、两个氢原子，含量氢高，具有较高的辐射防护效率。因此，在航天器辐射防护方 面具有广阔的应用前景。然而，在空间环境中，聚乙烯用做辐射防护材料时，热稳定性能差，大大地限制了聚乙烯作为辐射防护材料在航天器上的应用。综上所述，目前聚乙烯，热稳定性差，且纯铝防护中子辐照效果差的技术问题。
发明内容
本发明是要解决有望用于空间辐射防护材料的聚乙烯，热稳定性差，且纯铝防护中子辐照效果差的技术问题，而提供一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料及其制备方法。一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料按质量份数由30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇制成；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0.。!!!!! ^^!!!，面积为^!!!2 20 u m2 ;纳米钽的粒径为Inm lOOOnm。其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的几种混合时，以任意比例混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中几种混合时，以任意比例混合。一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 2nm IOnm,面积为I u m2 20 u m2 ;纳米组的粒径为Inm IOOOnm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为80r/min 120r/min,保持Ih 12h,得到混合液A ；三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为50°C 120°C条件下，控制搅拌速度为80r/min 120r/min，保持Ih 15h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为80r/min 120r/min,保持5min 60min,得到混合物,再将混合物加入模具中，在压力机的温度为175°C 240°C，压力为5MPa 45MPa条件下，压制Imin 40min,得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子福射防护复合材料。其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的几种混合时，以任意比例混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中几种混合时，以任意比例混合。本发明的有益效果是本发明以聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加常规的功能性助剂以及纳米钽和纳米氮化硼，得到的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能指标得到很大提升，普通聚乙烯的初始分解温度一般为310°C 390°C，而本发明制备的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的初始分解温度为400°C 520°C，其热稳定性能好，此外传统的辐射防护材料纯铝，满足了航天器对材料热稳定性的要求，但相同质量厚度下纯铝过滤中子的效率低，为了达到防辐射效果，必须增加铝防护层的厚度，从而使航天器的重量增加，本发明制备的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，不仅具有良好的热稳定性，且在相同质量厚度下，与纯铝相比，相同能量的中子经过纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料后吸收剂量降低了 0.1 0. 7倍，综合性能优异，且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用前景。本发明制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料用于航天器辐射防护领域。
图1为实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图，其中，“——”代表实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；图2为实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图，其中，“——”代表实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；图3为实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图，其中，“——”代表实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；
图4为实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图，其中，“——”代表实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；图5为实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图，其中，“——”代表实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；图6为实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图，其中，“——”代表实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；图7为实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图，其中，“——”代表实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；图8为实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图示，其中，“——”代表实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料按质量份数由30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇制成；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 2nm IOnm,面积为I u m2 20 u m2 ;纳米组的粒径为Inm lOOOnm。其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的几种混合时，以任意比例混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中几种混合时，以任意比例混合。本实施方式以聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加常规的功能性助剂以及纳米钽和纳米氮化硼，得到的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能指标得到很大提升，普通聚乙烯的初始分解温度一般为310°C 390°C，而本实施方式制备的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的初始分解温度为4000C 520°C，其热稳定性能好，此外传统的辐射防护材料纯铝，满足了航天器对材料热稳定性的要求，但相同质量厚度下纯铝过滤中子的效率低，为了达到防辐射效果，必须增加铝防护层的厚度，从而使航天器的重量增加，本实施方式制备的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，不仅具有良好的热稳定性，且在相同质量厚度下，与纯铝相比，相同能量的中子经过纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料后吸收剂量降低了 0.1 0. 7倍，综合性能优异，且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用前景。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 2nm IOnm,面积为I u m2 20 u m2 ;纳米组的粒径为Inm IOOOnm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为80r/min 120r/min,保持Ih 12h,得到混合液A ；三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为50°C 120°C条件下，控制搅拌速度为80r/min 120r/min，保持Ih 15h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为80r/min 120r/min,保持5min 60min,得到混合物,再将混合物加入模具中，在压力机的温度为175°C 240°C，压力为5MPa 45MPa条件下，压制Imin 40min,得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子福射防护复合材料。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中无水乙醇质量与纳米钽和纳米氮化硼总质量比为2 4 :1。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一中无水乙醇质量与纳米钽和纳米氮化硼总质量比为3 :1。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤三中混合液B在温度为80°C 90°C条件下搅拌。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤三中混合液B在温度为85°C条件下搅拌。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤四中在高混机中保持15min 30min。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤四中在高混机中保持25min。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤四中在压力机中，温度为180°C 190°C，压力为15MPa 25MPa。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料作为防护中子材料在航天器防辐射中的应用。采用以下实施例验证本发明的有益效果实施例一本实施例一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的—、按质量份数称取84份的聚乙烯树脂、10份的纳米钽、5份的纳米氮化硼、I份的偶联剂和45份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯；偶联剂为钛酸酯偶联剂；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 5nm，面积为4 u m2 ;纳米钽的粒径为50nm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为120r/min，保持10h，得到混合液A ;三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为90°C条件下，控制搅拌速度为120r/min，保持10h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为120r/min，保持20min，得到混合物，再将混合物加入模具中，在压力机的温度为180°C，压力为20MPa条件下，压制30min，得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料。其中，低密度聚乙烯密度为0. 92g/cm2，熔融指数为2g/10min。本实施例以低密度聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加钛酸酯偶联剂、纳米钽、纳米氮化硼，得到的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能好，对中子的空间防护能力优异，而且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用。实施例二 本实施例一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取73份的聚乙烯树脂、20份的纳米钽、5份的纳米氮化硼、2份的偶联剂和75份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯；偶联剂为钛酸酯偶联剂；氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 5nm，面积为3 u m2 ;纳米钽的粒径为50nm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为120r/min，保持10h，得到混合液A ;三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为80°C条件下，控制搅拌速度为120r/min，保持10h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为120r/min，保持25min，得到混合物，再将混合物加入模具中，在压力机的温度为185°C，压力为20MPa条件下，压制30min，得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料。其中，低密度聚乙烯密度为0. 92g/cm2，熔融指数为2g/10min。本实施例以低密度聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加钛酸酯偶联剂、纳米钽、纳米氮化硼，得到的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能好，对中子的空间防护能力优异，而且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用。实施例三本实施例一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取63份的聚乙烯树脂、30份的纳米钽、5份的纳米氮化硼、2份的偶联剂和105份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯；偶联剂为钛酸酯偶联剂；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 5nm，面积为3 u m2 ;纳米钽的粒径为50nm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为120r/min，保持8h，得到混合液A ；三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为85°C条件下，控制搅拌速度为120r/min，保持8h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为120r/min，保持30min，得到混合物，再将混合物加入模具中，在压力机的温度为190°C，压力为25MPa条件下，压制30min，得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料。其中，低密度聚乙烯密度为0. 92g/cm2，熔融指数为2g/10min。本实施例以低密度聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加钛酸酯偶联剂、纳米钽、纳米氮化硼，得到的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能好，对中子的空间防护能力优异，而且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用。实施例四本实施例一种纳米钽/纳米氮 化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取50份的聚乙烯树脂、40份的纳米钽、8份的纳米氮化硼、3份的偶联剂和144份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为高密度聚乙烯；偶联剂为钛酸酯偶联剂；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为0. 5nm，面积为3i!m2 ；纳米钽的粒径为50nm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为120r/min，保持12h，得到混合液A ;三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为90°C条件下，控制搅拌速度为120r/min，保持12h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；
四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为120r/min，保持20min，得到混合物，再将混合物加入模具中，在压力机的温度为180°C，压力为20MPa条件下，压制30min，I得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料。其中，高密度聚乙烯密度为0. 96g/cm2，熔融指数为5g/10min。本实施例以高密度聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加钛酸酯偶联剂、纳米钽、纳米氮化硼，得到的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能好，对中子的空间防护能力优异，而且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用。上述实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与聚乙烯进行热稳定性对比测试，测试过程按以下步骤进行分别将质量均为IOmg的实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼_聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和质量为IOmg聚乙烯，放在热重/差热分析仪中，在氮气气氛下，以升温速率为10°C /min的速度，升温至温度为800°C，进行热稳定性的测试，采集实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的实时质量，得出实时质量与初始质量之比随温度的变化曲线，实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图如图1所示，其中，“——”代表实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一-”代表聚乙烯的热稳定性曲线；实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图如图2所示，其中，“——”代表实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图如图3所示，其中，“——”代表实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一-”代表聚乙烯的热稳定性曲线；实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和聚乙烯的热稳定性曲线图如图4所示，其中，“——”代表实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的热稳定性曲线，“一”代表聚乙烯的热稳定性曲线；其中热重/差热分析仪为美国PerkinElmer公司的Diamond TG/DTA热重/差热分析仪。从图1 4可以看出，聚乙烯的初始分解温度为365°C，而实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的初始分解温度依次为407°C、417°C、432°C和443°C，热稳定性能指标得到很大提升，且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用前景。上述实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝进行中子防护效率的测试，测试过程按以下步骤进行分别将实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和纯铝置于4. 5MV单极静电加速器的中子源(能量为IMeV，通量为I X IO9中子/cm2 .s，辐照时间为4000s)和能量探测器之间，入射中子能量固定不变，使用剂量探测器收集IMeV中子穿过实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子福射防护复合材料和纯铝之后的吸收剂量，将IMeV中子穿过纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料和纯铝吸收剂量之差与纯铝吸收剂量之比作为纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料对中子辐照防护效率，实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图如图5所示，其中，“——”代表实施例一制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图如图6所示，其中，“——”代表实施例二制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图如图7所示，其中，“——”代表实施例三制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线；实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料与纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线图如图8所示，其中，“——”代表实施例四制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料中子辐照后吸收剂量测试曲线，“一-”代表纯铝中子辐照后吸收剂量测试曲线。从图5 8可以看出，与纯铝相比，在相同质量厚度下，实施例1 4制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，经过相同能量的中子辐照后，其吸收剂量依次降低了约0. 10,0. 14,0. 18和0. 22倍，中子防护性能优异，且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用前景。
权利要求
1.一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，其特征在于一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料按质量份数由30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇制成；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为O. 2nm 10nm，面积为I μ m2 20 μ m2 ;纳米钽的粒径为Inm lOOOnm。
2.制备权利要求1所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的方法，其特征在于一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤制备的一、按质量份数称取30份 90份的聚乙烯树脂、5份 50份的纳米钽、I份 10份的纳米氮化硼、I份 15份的偶联剂和2份 280份的无水乙醇；其中，聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种混合；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂中的一种或几种混合；纳米氮化硼为二维纳米氮化硼单层，二维纳米氮化硼单层的厚度为O.2nm IOnm,面积为I μ m2 20 μ m2 ;纳米组的粒径为Inm IOOOnm ；二、将步骤一称取的纳米钽、纳米氮化硼和无水乙醇混合均匀，放入分散器中，控制转速为80r/min 120r/min,保持Ih 12h,得到混合液A ；三、向步骤二得到的混合液A中加入步骤一称取的偶联剂，混合均匀，得到混合液B，将混合液B在温度为50°C 120°C条件下，控制搅拌速度为80r/min 120r/min，保持Ih 15h，再抽滤烘干，得到改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、将步骤三得到的改性的纳米钽/纳米氮化硼和步骤一称取的聚乙烯树脂加入高混机中，控制转速为80r/min 120r/min,保持5min 60min,得到混合物,再将混合物加入模具中，在压力机的温度为175°C 240°C，压力为5MPa 45MPa条件下，压制Imin 40min,得到纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子福射防护复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中无水乙醇质量与纳米钽和纳米氮化硼总质量比为2 4 I ο
4.根据权利要求3所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中无水乙醇质量与纳米钽和纳米氮化硼总质量比3 :1。
5.根据权利要求4所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中混合液B在温度为80°C 90°C条件下搅拌。
6.根据权利要求5所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中混合液B在温度为85°C条件下搅拌。
7.根据权利要求6所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中在高混机中保持15min 30min。
8.根据权利要求7所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中在高混机中保持25min。
9.根据权利要求8所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中在压力机中，温度为180°C 190°C，压力为15MPa 25MPa。
10.如权利要求1所述的一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料的应用，其特征在于一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料作为防护中子材料在航天器防辐射中的应用。
全文摘要
一种纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料及其制备方法，本发明涉及复合材料及其制备方法。本发明是要解决有望用于空间辐射防护材料的聚乙烯，热稳定性差，且纯铝防护中子辐照效果差的技术问题。材料由聚乙烯树脂、纳米钽、纳米氮化硼、偶联剂和无水乙醇制成；方法一、称取；二、制备混合液；三、制得改性的纳米钽/纳米氮化硼；四、制得纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料。本发明得到的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料，热稳定性能好，对中子的空间防护能力优异。本发明制备的纳米钽/纳米氮化硼-聚乙烯空间中子辐射防护复合材料用于航天器辐射防护领域。
文档编号C08K9/06GK103050162SQ20131002127
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者李兴冀, 杨剑群, 芮二明, 高峰, 何世禹 申请人:哈尔滨工业大学